Тракторы и автомобили (стр. 6 )

Реакция имеет следующий вид:

n (С0 Н10 О5) + Н2 О → n(С0Н12О0). (9)

(глюкоза, целлюлоза) (глюкоза)

В течение кислотной стадии сложные молекулы типа протеина, жиров, спиртов, глюкозы разбиваются кислотообразующими бактериями в органические кислоты (молочную кислоту), СО2, Н2, NH3 и так далее по схеме

С0Н10О6 + Н2 О → СН3 СН(ОН) СООН. (10)

(жирные кислоты, протеины, (молочная кислота)

спирты и глюкоза)

На метановой стадии Н2 и СО2 образуют некоторое количество метана, а ферментация кислот и спиртов дает еще больше метана:

4Н2 + СО2 → 2 Н2 О + СН4, (11)

С Н3 СН2 ОН + СО2 → СН3 СООН + СН4, (12)

СН3 СООН → СО2 + СН4, (13)

СН3 СН2 СН2 СООН + Н2О + СО2 → СН3 СООН + СН4. (14)

Т а б л и ц а 13. Свойства нефтяных и альтернативных видов топлива, применяемых в автотракторной технике

26	Свойства	Ед. изм.	Нефтяные топлива	Биогаз	Спиртовые топлива	ДМЭ	Топлива из РМ
ДТ летнее	бензин	этанол	метанол	МЭРМ	РМ
Химическая формула	–	–	–	–	С2Н5ОН	СН3ОН	СН3–О–СН3	С19Н35,2О2	С57Н101,6О6
Элементарный состав, С:Н:О	кг/кг	86:14:0	85,5:14,5:0	–	52,2:13:34,8	37,5:12,5:50	52,2:13:34,8	77:12:11	78:10:12
Мольный вес	г/моль	208	–	–	46	32	46	–	–
Стехиометрическое соотношение	кг/кг	14,6	14,96	–	9	6,5	9	12,6	12,6
Давление насыщенных паров при 311 К	105 Па	0,003–0,035	0,65–0,92	–	0,17	0,126	5,1	–	–
Плотность при 20 ○С	кг/м3	860	750	–	810	790	668–670	877–880	916
Кинематическая вязкость при 20 оС	сСт	3–6	–	–	–	–	–	8	75–80
Динамическая вязкость	кг/(м·с)	2–4	0,45–0,7	–	3,3	0,6	0,12–0,15	6,8–7,4	–
Теплота парообразования при 1,013×105 Па	кДж/кг	210–250	285	–	905	1110	410–460	–	–
Низшая расчетная теплота сгорания	МДж/кг	42,5	44	37,1	25	19,5	27,6	37,4–37,8	37,3
Теплотворная способность	кДж/кг	42,5	–	–	–	–	28,8	–	–
Октановое число	–	–	80–95	–	108	111	–	–	–
Коксуемость 10%-ного остатка	% по массе	0,2	–	–	–	–	–	0,3	0,4
Содержание серы	% по массе	0,2	–	–	–	–	–	0,002	0,002
Температура помутнения	оС	–5	–	–	–	–	–	–13	–9
Температура застывания	оС	–10	–	–	–	–	–	–21	–20
Цетановое число	–	Не менее 45	–	10	8	5	55–60	50–54,48	36

27	Точка кипения	оС	180–360	35–190	–	78	65	–24,9	–	–
Температура самовоспламенения	оС при 1 атм.	250	415	590	420	450	235	230	318
Температура вспышки в закрытом тигле	оС	>40	–	–	–	11	–	–	–
Поверхностное натяжение при 20 оС	мН/м2	–	–	–	–	–	–	–	33,2
Коэффициент поверхностного натяжения	мН/м	27,1	–	–	–	–	–	30,7	33,2
Пределы взрывоопасности	% по объему	0,6–6,5	1,5–5,9	–	3,5–15	5,5–26	3,4–18	–	–
Кислотное число	мг КОН/ 100 мл топлива	5	–	–	–	–	–	–	4,66

На биогазовых установках все три стадии протекают одновременно, и если какая-либо из них доминирует, то производство метана значительно затрудняется. При сильной кислотности метанообразующие бактерии не функционируют, поэтому рекомендуется поддерживать слабощелочную среду (рН = 6,8–7,2).

Для реализации контролируемого анаэробного сбраживания созда-ны биоэнергетические установки различного масштаба для применения в условиях индивидуальных хозяйств, где содержатся 2–6 голов крупного рогатого скота, или крупных животноводческих комплексов и птицефабрик. Технологическая схема одной из таких установок изображена на рис. 4 [23].

Отходы содержания животных (птицы) поступают с фермы 1 в накопитель 2 (рис. 4). Из него исходное сырье с помощью погружного насоса 3 подается на отделитель грубых включений 4, а затем насосом-дозатором 5 в метантенк 6. Периодичность работы дозатора 5 определяется программным устройством. Метантенк 6 оборудован системой подогрева поступающей биомассы и поддержания необходимого температурного режима метановой генерации. В генераторе биогаза имеются перемешивающие устройства, а также система принудительного отвода биогаза и выгрузки переработанной биомассы.

Рис. 4. Схема биогазовой установки:

1 – ферма; 2 – накопитель; 3 – насос; 4 – отделитель грубых включений;

5 – насос-дозатор; 6 – метантенк; 7 – гидрозатвор; 8 – концентратор-смеситель;

9 – блок-контейнер; 10 – газгольдер

В метангенераторе под действием анаэробных микроорганизмов происходит сбраживание исходного субстрата без доступа воздуха. Результатом этого процесса являются биогаз и обеззараженные жидкие органические удобрения без неприятного запаха. При этом семена сорных растений теряют всхожесть.

Жидкие органические удобрения удаляются из метантенка через гидрозатвор 7 и могут быть сразу же использованы для внутрипочвенного внесения либо подаваться на очистку в систему биопрудов, где выращиваются рачки и рыба. Для получения твердых удобрений, более удобных для хранения и транспортировки, сброженная масса поступает в концентратор-смеситель 8, где доводится до пастообразного состояния при смешивании с сорбентом – опилками, торфом и др. Твердые удобрения можно получить также путем отгонки на центрифуге.

Выработанный биогаз собирается в газгольдере 10. Частично он расходуется на собственные нужды установки (до 30 %), поступая в блок-контейнер 9, где размещены котел для подогрева воды, насос, средства контроля и автоматики. Остальной биогаз используется другими потребителями на бытовые и энергетические нужды.

Биогаз как альтернативный энергоноситель может служить высококалорийным топливом. Предназначен для улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и стационарных энергоустановок. После отмывки от углекислоты этот газ является достаточно однородным топливом, содержащим до 80 % метана с теплотворной способностью более 25 МДж/м3. Применение биогаза в качестве топлива для ДВС осуществляется путем использования серийно выпускаемой топливной аппаратуры для природного газа с коррекцией соотношения «топливо–воздух». Предлагаемая система в сравнении с газовым двигателем позволяет снизить выбросы оксидов азота на 25 % и оксида углерода на 20 %, а также улучшить топливную экономичность на 12 %. Некоторое снижение эффективной мощности, вызванное присутствием балластных компонентов, практически полностью компенсируется за счет высоких антидетонационных качеств биогаза путем соответствующего повышения степени сжатия. Присутствие небольшого количества водорода в биогазе положительно сказывается на качестве протекания рабочего процесса ДВС и не вызывает характерных для водородных двигателей преждевременного воспламенения рабочей смеси и так называемой обратной вспышки.